الاختلافات بين عمليات IC اللاهوائية وUASB

1.1 مفاعل UASB

1.1.1 مقدمة إلى UASB

مفاعل بطانية الحمأة اللاهوائية ذو التدفق العلوي (UASB) هو طريقة بيولوجية لاهوائية لمعالجة مياه الصرف الصحي، المعروف أيضًا باسم مفاعل بطانية الحمأة اللاهوائية ذو التدفق العلوي، اخترعه البروفيسور ليتينجا من هولندا في عام 1977.

تتدفق مياه الصرف الصحي من الأسفل إلى الأعلى عبر UASB. يوجد في الجزء السفلي من المفاعل طبقة حمأة عالية التركيز وشديدة النشاط حيث تخضع معظم الملوثات العضوية الموجودة في مياه الصرف الصحي للتخمر اللاهوائي والتحلل إلى غاز الميثان وثاني أكسيد الكربون. بسبب تحريك تدفق المياه وفقاعات الهواء، تتشكل طبقة تعليق الحمأة فوق طبقة الحمأة. يتم تركيب فاصل ثلاثي الطور- في الجزء العلوي من المفاعل لفصل جزيئات غاز الهاضم وسائل الهاضم والحمأة. يتم تفريغ غاز الهاضم من أعلى المفاعل؛ تنزلق جزيئات الحمأة تلقائيًا إلى الأسفل وتستقر في طبقة الحمأة في الجزء السفلي من المفاعل؛ يتم تفريغ سائل الهاضم من منطقة التوضيح.

يتمتع UASB بقدرة تحميل عالية وهو مناسب لمعالجة مياه الصرف الصحي العضوية ذات التركيز العالي. يُظهر UASB (مستودع الحمأة اللاهوائية- الفائق-) الذي يعمل بشكل جيد معدلًا عاليًا لإزالة الملوثات العضوية، ولا يتطلب أي تحريك، ويمكنه التكيف مع صدمات الحمل الكبيرة ودرجة الحرارة وتغيرات الرقم الهيدروجيني.

1.1.2 هيكل UASB

ويتميز UASB بتفاعله البيولوجي المتكامل ونظام الترسيب، مما يجعله مفاعلًا لاهوائيًا مدمجًا. يتكون المفاعل بشكل أساسي من نظام توزيع التدفق، ومنطقة التفاعل، وفاصل ثلاثي الطور، وغرفة غاز، ونظام تصريف المياه المعالجة.

1.1.3 مبدأ عمل UASB

تشبه عملية التفاعل اللاهوائي في مفاعل UASB عمليات المعالجة البيولوجية اللاهوائية الأخرى، بما في ذلك التحلل المائي، والتحمض، وإنتاج حمض الأسيتيك، وتوليد الميثان. تشارك الكائنات الحية الدقيقة المختلفة في عملية تحويل الركيزة، حيث تحول الركيزة إلى المنتجات النهائية -الغاز الحيوي والماء والمواد غير العضوية الأخرى.

يتكون UASB من ثلاثة أجزاء: منطقة تفاعل الحمأة، وفاصل الطور -السائل-الصلب ثلاثي الطور للغاز (بما في ذلك منطقة الترسيب)، وغرفة الغاز. تبقى كمية كبيرة من الحمأة اللاهوائية في منطقة التفاعل السفلية، وتشكل الحمأة ذات خصائص الترسيب والتلبد الجيدة طبقة الحمأة في القاع. تتدفق مياه الصرف الصحي المراد معالجتها إلى قاع طبقة الحمأة اللاهوائية وتختلط مع الحمأة الموجودة في طبقة الحمأة. تقوم الكائنات الحية الدقيقة الموجودة في الحمأة بتحليل المواد العضوية الموجودة في مياه الصرف الصحي وتحويلها إلى غاز حيوي. يتم إطلاق الغاز الحيوي بشكل مستمر على شكل فقاعات صغيرة. ومع ارتفاع هذه الفقاعات، تندمج لتشكل فقاعات أكبر تدريجيًا. في الجزء العلوي من طبقة الحمأة، يقوم الغاز الحيوي بتحريك الحمأة، مما يؤدي إلى تكوين خليط ماء مخفف نسبيًا-يرتفع مع الماء إلى فاصل المراحل-. عندما يواجه الغاز الحيوي اللوحة العاكسة الموجودة أسفل الفاصل، فإنه ينحرف حول اللوحة ثم يمر عبر طبقة الماء إلى غرفة الغاز، حيث يتم تركيزه. ثم يتم تفريغ الغاز الحيوي من خلال قناة. يدخل الخليط السائل-الصلب، بعد الانعكاس، إلى منطقة الترسيب لفاصل الطور-الثلاثي. تتجمع الحمأة الموجودة في مياه الصرف الصحي، ويزداد حجم الجزيئات تدريجيًا، وتستقر تحت الجاذبية. تنزلق الحمأة التي تستقر على الجدار المائل مرة أخرى إلى منطقة التفاعل اللاهوائي، مما يتسبب في تراكم كبير للحمأة في منطقة التفاعل. تتدفق النفايات السائلة المعالجة، المنفصلة عن الحمأة، من أعلى سد الفائض في منطقة الترسيب ثم يتم تفريغها من طبقة الحمأة.

1.2 مفاعل IC

1.2.1 مقدمة إلى IC

ومع تزايد التناقضات بين تطوير الإنتاج وعوامل مثل رأس المال واستهلاك الطاقة واستخدام الأراضي، يجب على العاملين في مجال معالجة المياه أن يسعوا جاهدين لإيجاد عمليات لا هوائية محسنة تقنيًا واقتصاديًا، خاصة في التعامل مع مياه الصرف الصحي العضوية عالية التركيز- الجديدة الناتجة عن تطوير الإنتاج. المفاعل اللاهوائي للتدوير الداخلي (IC) هو نوع جديد من المفاعلات التي ظهرت في ظل هذه الخلفية. وهو نتاج مزيج من نظرية معالجة مياه الصرف الصحي اللاهوائية والممارسة الهندسية، مما يعكس متطلبات تطوير العمليات اللاهوائية نفسها. في عام 1985، أنشأت الشركة الهولندية PAQUES أول مفاعل على نطاق IC تجريبي-، وفي عام 1988، تم تشغيل أول مفاعل على نطاق IC على نطاق - للإنتاج. حاليًا، تم تطبيق مفاعلات IC بنجاح لمعالجة مياه الصرف الصناعي في صناعات مثل إنتاج البيرة وتجهيز الأغذية. نظرًا لقدرتها العالية على المعالجة، والاستثمار المنخفض، والبصمة الصغيرة، والتشغيل المستقر، فقد جذبت انتباه موظفي معالجة المياه في جميع أنحاء العالم، ويعتبرها البعض إحدى التقنيات التمثيلية للجيل الثالث من المفاعلات البيولوجية اللاهوائية. أصبح المزيد من البحث والتطوير لمفاعلات IC وتعزيز تطبيقاتها أحد المواضيع الساخنة في معالجة مياه الصرف الصحي اللاهوائية.

1.2.2 هيكل IC

يتكون مفاعل IC من مفاعلين UASB مكدسين عموديًا على التوالي، ويصل ارتفاعهما إلى 16-25 مترًا مع نسبة ارتفاع - إلى -قطر تتراوح عادةً بين 4 و8. ويتكون من خمسة أجزاء أساسية: منطقة خلط، ومنطقة طبقة موسعة للحمأة الحبيبية، ومنطقة تشطيب، ونظام تدوير داخلي، ومنطقة للنفايات السائلة. نظام التدوير الداخلي هو الهيكل الأساسي لعملية IC، ويتكون من فاصل أولي ثلاثي الطور-، ورافع للغاز الحيوي، وفاصل غازي-سائل، وفاصل للحمأة.

1.2.3 مبدأ عمل IC

تدخل مياه الصرف الناتجة عن الإنتاج، بعد ضبط درجة الحموضة ودرجة الحرارة، أولاً إلى منطقة الخلط في الجزء السفلي من المفاعل. هناك، يتم خلطه تمامًا مع خليط الماء -الحمأة المتداول داخليًا من الجزء السفلي قبل دخول الطبقة الموسعة للحمأة الحبيبية من أجل التحلل الكيميائي الحيوي لـ COD. التحميل الحجمي لـ COD مرتفع جدًا هنا، حيث يتم تحلل معظم COD المؤثر، مما ينتج عنه كمية كبيرة من الغاز الحيوي. يتم تجميع الغاز الحيوي بواسطة فاصل الطور-الأساسي ثلاثي الطور. تؤدي أعمال التمدد التي تتم على السائل أثناء تكوين فقاعة الغاز الحيوي إلى إنشاء تأثير رفع الغاز، مما يتسبب في ارتفاع خليط الغاز الحيوي والحمأة والماء على طول أنبوب رفع الغاز الحيوي إلى فاصل الغاز السائل - في الجزء العلوي من المفاعل. هنا، يتم فصل الغاز الحيوي عن الحمأة والماء ويتم تصريفه من نظام المعالجة. يدخل خليط الماء-الحمأة بعد ذلك إلى منطقة الخلط في الجزء السفلي من المفاعل على طول النازل السفلي للحمأة، حيث يمتزج تمامًا مع السائل المتدفق قبل دخول منطقة طبقة الحمأة الموسعة، مما يشكل ما يسمى بالتدوير الداخلي. اعتمادًا على حمل COD المؤثر وهيكل المفاعل، يمكن أن يصل معدل تدفق التدوير الداخلي إلى 0.5 إلى 5 أضعاف معدل التدفق المؤثر. بعد المعالجة بواسطة الطبقة الموسعة، يشارك جزء من مياه الصرف الصحي في الدورة الداخلية؛ وتمر مياه الصرف المتبقية عبر فاصل أولي ثلاثي الطور- وتدخل منطقة طبقة الحمأة الحبيبية في منطقة المعالجة الدقيقة لتحلل COD المتبقي وإنتاج الغاز الحيوي، مما يؤدي إلى تحسين جودة النفايات السائلة وضمانها. نظرًا لأن معظم COD قد تدهور، فإن حمل COD في منطقة المعالجة الدقيقة منخفض، كما أن إنتاج الغاز الحيوي صغير أيضًا. يتم تجميع الغاز الحيوي المنتج هنا بواسطة فاصل ثانوي-ثلاثي الطور، ويدخل إلى فاصل الغاز-السائل من خلال أنبوب تجميع الغاز، ويتم تفريغه من نظام المعالجة. بعد المعالجة في منطقة المعالجة الدقيقة، تمر مياه الصرف الصحي عبر فاصل من مرحلتين-ثلاثية-مرحلة. يتم تفريغ المادة الطافية عبر منطقة النفايات السائلة، بينما يتم إرجاع الحمأة الحبيبية إلى طبقة الحمأة في منطقة المعالجة الدقيقة.

بالمقارنة مع المفاعلات اللاهوائية من الجيل الثاني-مثل UASB، تتمتع مفاعلات IC بالمزايا التالية:<1>ارتفاع معدل التحميل العضوي ووقت الاحتفاظ الهيدروليكي القصير؛<2>ارتفاع كبير-إلى-نسبة القطر، ومساحة صغيرة، واستثمار أقل في البنية التحتية؛<3>مياه الصرف الصحي مستقرة ومقاومة قوية لأحمال الصدمات. يستخدم المزيد والمزيد من الشركات المصنعة في الصين الآن مفاعلات IC، كما أن قيمة استرداد الغاز الحيوي واستخدامه كبيرة أيضًا. أكبر ميزة لمفاعلات IC هي أنها تحتوي على غرفتي تفاعل لاهوائي، مما يتيح دوران خليط الماء -الحمأة داخل المفاعل. يؤدي هذا إلى حل التأثير السلبي لعدم كفاية اتصال الحمأة-بالماء في مفاعلات UASB، مما يضعف قدرة المعالجة الكيميائية الحيوية للحمأة الحبيبية.

لذلك، تمثل مفاعلات IC طفرة في المفاعلات اللاهوائية الحديثة ولها آفاق تطوير واسعة في معالجة مياه الصرف الصناعي للملوثات العضوية. وسوف تحل محل مفاعلات UASB بشكل متزايد وتستحق المزيد من البحث والتطوير والترويج.